人类内源性逆转录病毒在多发性硬化症发病机制中作用的研究进展

俞坤，武世萍 综述，巩盼盼，王满侠 审校

兰州大学第二医院神经内科，甘肃 兰州 730030

多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）是一种复杂的中枢神经系统（central nervous system，CNS）脱髓鞘疾病，临床特点为病灶空间和发病时间的多发性，其主要病理特征为免疫细胞的浸润及随之出现的神经炎症反应、脱髓鞘反应及神经元损伤［1］。目前研究认为，MS 是一种多因素疾病，其免疫致病过程是由环境因素在遗传背景的基础上操控触发的，多种病毒均可能是诱发MS 重要的辅助因素，病毒可能通过直接感染CNS 或激活外周交叉反应T 细胞，从而导致神经髓鞘损伤［2］。其中最常见的病毒包括人类疱疹病毒4 型（Epstein-Barr virus，EBV）和人类内源性逆转录病毒（human endogenous retrovirus，HERV）的W 家族成员，这些病毒也称为MS 相关逆转录病毒（multiple sclerosis associated retrovirus，MSRV）［3］。HERV 是一大类RNA 病毒，其特征是编码逆转录酶，并能将病毒基因组整合至宿主基因组中。HERV 源于外源性逆转录病毒感染，随后整合至人类基因组中，约占人类基因组的8%［4］。HERV与MS、糖尿病、肌萎缩侧索硬化症和癌症等多种疾病有关［5-6］。完整的HERV 基因组约长80 000 bp，两端为长末端重复区域（long terminal repeats，LTRs），5′至3′端依次为Gag 区（编码基质和HERV 核心）、Pro 区（编码蛋白酶）、Pol 区（编码逆转录酶和整合酶）和Env 区（编码包膜蛋白）［7］。根据参与HERV逆转录的特定tRNA 不同，HERV 可分为HERV-W、HERV-K 和HERV-H 亚家族，三者在MS 患者中均有发现［8］。本文就目前所发现的HERV，尤其是HERV-W 家族成员在MS 的发病机制中作用的研究进展作一综述，以期为MS 发病机制深入研究提供新的思路。

1 HERV 与MS 的相关性

20 世纪90 年代早期，有学者在MS 患者细胞中检测到了逆转录病毒颗粒，其主要来源于HERV家族［3，6，9-10］，随后在MSRV 中分离出了一种新的HERV 序列，该病毒家族以色氨酸（W）tRNA 作为逆转录引物，因此称为HERV-W 亚家族［11］。

一项荟萃分析显示，MS 和HERV-W Env（包膜蛋白）表达之间存在较强相关性［7］。HERV 病毒粒子、RNA、cDNA、Gag 和Env 序列及抗HERV 转录产物的抗体均存在于MS 患者的血液、大脑、脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中［12］。PERRON 等［13］研究发现，与健康受试者或其他神经系统疾病患者比较，MS患者血清／血浆、CSF 和外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs）中HERV-W Env 和Pol DNA 拷贝数及RNA 和蛋白质表达水平均增加；另有研究表明，73%的MS 患者血清中HERV-W Env水平显著升高，在健康受试者及其他神经系统疾病患者血清中水平较低［14］。另外，HERV-W Env 在MS 患者的星形胶质细胞、小胶质细胞和巨噬细胞中均有表达，但在无神经系统疾病的健康受试者中未表达［15］。MS 患者体内HERV-W 被激活，HERV-W RNA 表达和HERV-W 抗原表位水平增加，进而提高了HERV-W Env 水平。有研究表明，在MS 患者的大脑及PBMCs 中，HERV-W RNA 和HERV-W 抗原表位的表达均增高［16］；在PBMCs 中，HERV-W 抗原主要表达在单核细胞和B 细胞上，且在活动性疾病中表达升高，在非活动性疾病中表达降低，有效治疗后表达均减少［17］。采用IFNβ 对MS 可进行有效治疗，同时可导致HERV-W RNA 水平降低，因此认为HERV-W 是判断治疗反应的潜在预测因子［18］。研究表明，MS 患者对HERV-W 细胞免疫及体液免疫反应性增强［19］，尤其在活动期MS 中更为明显，经有效治疗后显著降低［20］，且这种增强的免疫反应性仅出现在受MS 影响的HERV 家族成员中，因此，抗HERV-W Env 抗体可用于区分MS 与其他神经系统疾病［21］。综上所述，抗HERV-W Env 抗体有望成为预测MS 疾病活动性的候选生物标志物。

HERV-W 与MS 的预后密切相关。有研究表明，继发进展型多发性硬化症（secondary progressive multiple sclerosis，SPMS）中HERV-W Env RNA 的表达高于复发缓解型多发性硬化症（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS），HERV-W Env DNA 拷贝数升高的患者的扩展残疾状况量表（expanded disability status scale，EDSS）评分明显升高［22］。一项长达10 年的研究表明，CSF 中HERV-W Env 阳性的MS 患者，其复发率、EDSS 评分及发展为SPMS 的概率均增高，其中，88%的HERV-W Env 阳性MS 患者的EDSS评分高于5，HERV-W Env 阴性患者的EDSS 评分高于5 分的仅有12%［23］，表明HERV-W Env 可作为预测MS 患者预后的生物标志物之一。还有研究表明，HERV-W Env 可在小鼠中诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）的发生，表明其致病作用高于其他介质［24］。另外，有研究显示，HERV-H、HERV-K 亚家族也与MS 相关［7］，但目前相关的研究较少，具体作用机制尚未明确。

2 HERV 在MS 发病机制中的作用

HERV 基因组在人类基因组中占比较大，无论是作为基因、基因产物，还是作为逆转录病毒，均具有致病潜力，但作为非编码RNA，许多遗传和环境因素降低了HERV 可能造成的有害影响［6，25］。HERV 基因组通常通过影响表观遗传而发挥作用，外源性病毒（如EBV）感染的反激活可能导致HERV基因组表达，具体机制尚不明确［26］。

2.1 通过分子模拟机制诱导自身免疫参与MS 的发生 机体对病原体的免疫应答可引起共有结构或序列同源性自身抗原的交叉反应，称为分子模拟机制，被认为是引起自身免疫性疾病的重要潜在机制之一，可能参与多种CNS 自身免疫疾病的发生发展，HERV-W Env 也可能通过分子拟态参与MS 的病理过程［27］。研究表明，CNS 髓鞘成分髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）、蛋白脂质蛋白（proteolipid protein，PLP）或髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（myelin oligodendrocyte glycoprotein，MOG）与HERV-W Env 间存在氨基酸序列同源区域［27-28］，在HERV-W Env 和MOG 中，包含结构相似的九聚体多肽，多肽上具有潜在的TH 细胞表位，可与HLA DR2b 相结合［29］。HLA 基因或主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex，MHC）基因在免疫调节和自我识别等各种免疫答应中发挥重要作用，是与MS 密切相连的基因。有研究证实，HLA DRB1*1501-DQA1*0102-DQB1*0602 单倍型与MS 相关，且相对危险度约为3，当单倍型为纯合子时，患MS 的风险升至6 倍以上［30］，这与分子模拟机制理论一致，即HERV-W Env 与一些髓鞘蛋白上的表位发生交叉反应，在炎症环境中由HLA DR2b 在抗原提呈细胞（antigen-presenting cells，APCs）上呈递至CD4+T 细胞，从而引起CNS 脱髓鞘改变，导致MS 的发生［28］。

2.2 通过影响小胶质细胞造成髓鞘缺失参与MS的发生 在MS 中，小胶质细胞通过诱导促炎细胞因子参与炎症和脱髓鞘进程。有实验表明，阻断小胶质细胞的激活可抑制小鼠EAE 模型的产生，小胶质细胞也与MS 的疾病进展有关，其激活是SPMS残疾的重要预测因子［31］。小胶质细胞也可通过清除髓鞘碎片促进神经修复，是修复髓鞘和神经保护的关键［32］。在体外培养的小胶质细胞中，HERV-W Env 能诱导小胶质细胞表达多种促炎表型，产生多种炎症介质，如一氧化氮（nitric oxide，NO）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6），NO 和TNF-α 是轴突损伤和髓鞘脱失的炎性中介［33-34］。HERV-W Env 环境降低了小胶质细胞表达神经保护分子的水平，如生长因子-1（growth factor-1，IGF-1）、集落刺激因子-1（colony stimulating factor-1，CSF-1）和成纤维细胞生长因子-2（fibroblast growth factors-2，FGF-2），IGF-1可保护少突胶质前体细胞（oligodendrocyte precursor cells，OPCs）免于细胞死亡，并放大FGF-2 对OPCs增殖的积极作用，同时也是髓鞘合成的刺激物［9］。另有研究表明，CSF-1 也可降低促炎细胞因子的表达，保护少突胶质细胞免于凋亡，对神经元起到保护作用［35-36］。

体外实验表明，HERV-W Env 刺激的小胶质细胞可诱导神经丝轻链（neurofilament light chain，NFL）、突触素（svnaptophvsin，SYP）和MBP 从髓鞘中暴露出来，可能是通过增加TNF-α 浓度导致的，表明HERVW ENV 介导的小胶质细胞激活会引起MS 的神经退行性变［9］。

2.3 通过影响血脑屏障参与MS 的发生 Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）分布在固有免疫系统的免疫细胞表面，这类受体仅识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），如脂多糖、肽聚糖、dsRNA 等，主要针对感染的一线防御效应，引发宿主对微生物病原体的先天免疫应答。有实验表明，HERV-W Env 是TLR4 激动剂，可介导免疫细胞TLR4 依赖的炎症反应，刺激免疫细胞，增强白细胞黏附于内皮细胞标志物的表达［37］。TLR4的激活对脑内毛细血管内皮细胞有直接的细胞毒性作用，可通过促进细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）表达和TLR4 激活，促炎细胞因子释放损害内皮细胞的生理功能［38］。内皮细胞是构成血脑屏障（blood brain barrier，BBB）的主要结构，可阻止多种物质进入脑组织，BBB 受损会导致大量免疫细胞及其表达产物迁移至中枢神经系统，引起异常炎症及免疫反应。因此，HERV-W Env 可能是通过影响BBB 完整性，从而参与MS 的发生。

2.4 通过影响少突胶质细胞分化参与MS 的发生 少突胶质细胞是CNS 髓鞘的形成细胞，在髓鞘的形成与修复中发挥着重要作用。实验表明，用HERV-W Env处理培养OPCs，可导致OPCs 分化总体减少［37］。在MS 病灶附近，HERV-W Env 蛋白与表达TLR4 的OPCs 密切相关，HERV-W Env 作为TLR4 的激动剂，可介导TLR4 激活导致促炎细胞因子，如TNF-α、IL-1b、IL-6 的激活，并通过诱导产生NO 合酶，形成3-硝基酪氨酸，直接影响OPCs 的表达［37］，通过影响少突胶质细胞分化参与MS 的发生。

2.5 作为外源病毒介导自身免疫参与MS 的发生HERV 作为一种外源病毒，持续感染机体，可诱发MS，其作用机制可能为：①病毒直接感染大脑CNS，可能导致炎症和损害，产生髓鞘的少突胶质细胞，从而释放髓鞘碎片，在炎症环境中激活自身反应性T细胞，随后的表位扩散会导致更多的脱髓鞘和轴突死亡；②病毒持续感染CNS 可产生炎症性脱髓鞘改变，这是由对抗CNS 内受感染的细胞免疫反应引起的。另有研究表明，CNS 以外的病毒感染可激活交叉反应T 细胞，进入CNS 引起炎症性脱髓鞘病变，导致MS 的发生［38］。

3 MS 的治疗

HERV-W Env 介导的以OPCs 导向的髓鞘合成抑制作用可使用特定中和HERV-W Env 的人源化免疫球蛋白（GNbAC1）进行拮抗［39］。GNbAC1 是IgG4／kappa 类人源化、唯一靶向作用于HERV-W Env的单克隆抗体，其作用机制可能是通过抑制HERV-W Env 与TLR4 的结合及其下游炎症的激活，从而发挥神经保护作用［40］。一项随机双盲安慰剂对照的Ⅱ期临床试验（NCT02782858）结果显示，接受GNbAC1治疗后，MS 患者血液中HERV-W Env 和HERV Pol转录本水平下降，表明GNbAC1 对MS 患者具有神经保护作用；MRI 影像数据也显示，GNbAC1 治疗可显著减少31%的皮质萎缩和72%的丘脑萎缩［41］。进一步研究（NCT03239860）证实，在GNbAC1 治疗2年后内减少了63%的T1“黑洞”（即有TI 病灶生成，该病灶与大脑永久性组织破坏有关）；在18 mg ／ kg GNbAC1 研究组中，GNbAC1 可持续减轻全脑萎缩约40%［42］。患者对GNbAC1 的耐受性良好，所有不良事件均为轻度或中度，反应可能与药物无关，表明GNbAC1 对MS 患者是安全的［43］。

4 展 望

MS 作为一种高复发率、高致残率的疾病，目前发病机制尚不明确，临床治疗主要以缓解症状、减少复发为主，早期识别与治疗MS 对减少患者神经功能缺损、改善预后具有重大意义。HERV 与MS的发病密切相关，目前认为，HERV 可能通过分子模拟机制诱发自身免疫、影响小胶质细胞导致髓鞘缺失、影响血脑屏障、影响少突胶质细胞分化及作为外来病毒介导自身免疫等途径参与MS 的发病过程，HERV-W Env 在这些机制中发挥了重要作用，有望成为MS 的潜在生物标记物，对于早期识别MS、判断MS 活动性、临床治疗效果及预后均具有潜在价值。